السمات الكيميائية للماء

الخصائص الكيميائية المميزة للماء

يتميز الماء بمجموعة من الصفات الكيميائية التي جعلت منه عنصراً أساسياً في شتى مناحي الحياة. لا يمكن الاستغناء عنه في مجالات متنوعة كالزراعة والصناعة وغيرها. من أبرز هذه الخصائص:

خاصية التعادل الحمضي

يعتبر الماء مادة متعادلة كيميائياً. تبلغ درجة حموضته أو قاعديته سبع درجات، مما يجعله لا حامضياً ولا قاعدياً.

القدرة على الإذابة

يمتلك الماء قدرة فائقة على إذابة العديد من المواد، لأنه مركب قطبي يحتوي على أيونات حرة. هذا يفسر ذوبان الأملاح والمعادن المختلفة فيه. لهذا السبب، لا يمكن الحصول على ماء نقي بنسبة 100%، حيث توجد دائماً غازات وأملاح مذابة فيه.

مفهوم الماء الثقيل

الماء الثقيل هو مركب يتكون من اتحاد الديوتريوم مع الأكسجين. تحتوي قطرة الماء الواحدة على ملايين الجزيئات المؤلفة من ذرات الأكسجين والهيدروجين. الماء النقي يحتوي على نسبة ضئيلة من الديوتريوم، وهو نظير للهيدروجين أثقل من الهيدروجين العادي. لذلك، يطلق اسم الماء الثقيل على الماء المكون من ذرات الديوتريوم والأكسجين.

التوصيل الكهربائي

الماء موصل جيد للكهرباء بسبب الأملاح الذائبة فيه. بينما الماء النقي يعتبر موصلاً ضعيفاً للكهرباء.

الروابط الجزيئية

يتمتع الماء ببنية قوية بفضل تركيبه الكيميائي. يتكون جزيء الماء الواحد من ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين. تدور إلكترونين حول نواتي ذرتي الهيدروجين، بينما تمتلك ذرة الأكسجين ستة إلكترونات وتحتاج إلى اثنين آخرين. عند اتحاد الذرات، تكتمل النواقص في ذرات الهيدروجين والأكسجين، مما يؤدي إلى تكوين جزيء ماء قوي ومترابط.

التماسك والالتصاق

يعتبر الماء من أكثر السوائل تماسكاً وترابطاً. يمكن ملاحظة ذلك عند وضعه في وعاء، حيث ينجذب سطحه إلى الداخل، وكأن هناك قوة تشده. كما أن الحشرات الصغيرة يمكنها السير على سطحه كما لو كان سطحاً صلباً، وهي ظاهرة تعرف بالتوتر السطحي. ولهذا السبب، يتشكل الماء على هيئة قطرات عند انسكابه. وبسبب هذه الخاصية، يرتفع الماء في الأنابيب الضيقة، وهي ظاهرة تعرف بالخاصية الشعرية، وتسمح للماء بالانتقال من التربة إلى جذوع الأشجار والأغصان، كما أنها مسؤولة عن حركة الدم داخل الأوعية الدموية في جسم الإنسان.

الاستقرار الحراري

يغلي الماء عند درجة حرارة مئة درجة مئوية. هذه الخاصية تميزه عن المركبات الهيدروجينية المشابهة له في التركيب، والتي تغلي عند درجة حرارة أقل. ولو كان الماء مثلها، لكان موجوداً على سطح الأرض في درجات الحرارة الاعتيادية على شكل بخار. من مظاهر الاستقرار الحراري للماء أنه يحتاج إلى وقت أطول للتسخين إذا وضع في وعاء معدني على النار مقارنة بالوعاء الفارغ، وذلك بسبب ارتفاع معامل الحرارة النوعية للماء. كما أن رمال السواحل ترتفع حرارتها بسرعة بينما يظل ماء البحر بارداً، ويبقى الماء دافئاً في الليل.

منحنى الكثافة غير الاعتيادي

من الخصائص الفريدة للماء أنه عندما يتم تبريده، يتقلص حجمه وتزداد كثافته حتى يصل إلى درجة حرارة أربع درجات مئوية. وعند تبريده أكثر من ذلك، يبدأ حجمه بالتمدد بدلاً من الانكماش، وهذا سلوك غير معهود.

الخصائص الطبيعية للماء

يتواجد الماء في الحالة السائلة في الغلاف الجوي في درجات الحرارة الطبيعية. يمتلك مجموعة من الخصائص الفيزيائية والكيميائية الفريدة بسبب سلوكه واستجابته لدرجات الحرارة المختلفة وكثافته. معرفة هذه الخصائص ضرورية في دراسة العلوم، مثل قياس الكتلة والحرارة واللزوجة والتوصيل. ولها تأثير كبير على المتغيرات الجيومورفولوجية وتحويل النفايات الناتجة عن البشر، ومدى تأثير خصائص الماء على العلاقة بين البيئة البرية والمائية، مما قد يعيق تطور الكائنات الحية. كما أن معرفة خصائص الماء مهمة في تفاعل المياه مع مختلف الأسطح نتيجة لحركة تدفقها.

مكونات الماء

يُطلق على كوكب الأرض “الكوكب الأزرق” بسبب وفرة المياه فيه. يتواجد الماء بأشكال مختلفة: الماء المالح في البحار والمحيطات، والذي يمثل 97% من إجمالي المياه على سطح الأرض، والماء العذب الذي يوجد في صورة صلبة كالجليد أو سائلة أو بخار، ويمثل حوالي 2.8%. يتواجد معظم الماء العذب في القطبين الشمالي والجنوبي المتجمدين (حوالي 2.15%)، بينما يمثل الباقي (حوالي 0.65%) المياه الجوفية في الطبقات المسامية للقشرة الأرضية، ومياه البحيرات العذبة، والرطوبة في التربة، ومياه الأنهار. يغطي الماء 71% من سطح الأرض، أي حوالي 510 مليون كيلومتر مربع، بينما تبلغ مساحة اليابسة حوالي 361 مليون كيلومتر مربع. يؤدي ارتفاع درجة حرارة الأرض في المناطق الاستوائية إلى تبخر كميات كبيرة من المياه من المسطحات المائية واليابسة، حيث يبلغ متوسط درجة الحرارة السنوي 25 درجة مئوية، وهو من أعلى معدلات التبخر على سطح الأرض، حيث يقدر معدل التبخر السنوي بحوالي 380 ألف كيلومتر مكعب.

تبخر الماء

تقل كثافة الماء بفعل التبخر، ويرتفع إلى أعلى الغلاف الجوي بفعل التيارات الهوائية، ضمن التغيرات المناخية. وعند وصوله إلى ارتفاعات عالية، تنخفض درجة حرارته حتى تصل إلى 80 درجة تحت الصفر فوق خط الاستواء، فيتكاثف على صورة ثلج أو برد أو مطر أو ندى ثم يسقط على الأرض مرة أخرى. وتقدر كمية الماء العائدة من عملية التبخر بصورتها المتعارف عليها بـ 96 ألف متر مكعب، وهي نسبة تزيد عن كمية الماء المتبخر سنوياً.

المراجع

1. ” (16-10-2012)،”الخواص الكيميائية”،arabsciencepedia، اطّلع عليه بتاريخ 8-7-2018. بتصرّف.
2. أبتهالة الجوهري،”من عجائب الماء”،eajaz، اطّلع عليه بتاريخ 8-7-2018. بتصرّف.
3. اثير العزاوي (17-4-2011)،”خواص الماء”،uobabylon، اطّلع عليه بتاريخ 8-7-2018. بتصرّف.
4. أبعلي عبد الله (2016)،الماء وفيه تنطوي نعمة الحياة، مصر: وكالة الصحافة العربية، صفحة 13-14. بتصرّف.